人工砂與河砂混凝土抗裂性能定量分析

(建德市永興混凝土有限公司 311603)

引言：人工砂的出現(xiàn)有效的緩解天然河砂的供給不足，然而人工砂替代天然河砂的應(yīng)用效果需要進(jìn)一步研究，因而本次研究針對(duì)人工砂與河砂混凝土的抗裂性能進(jìn)行定量研究。

1.人工砂與河砂混凝土應(yīng)用研究現(xiàn)狀

由于河砂的過度開采，我國部分地區(qū)天然河砂資源幾近枯竭，尤其杭州地區(qū)的“三江兩岸”治理，當(dāng)?shù)卣畤?yán)禁開采河砂，因而人工砂成為其最佳替代品涌入建筑市場。隨著人工砂的應(yīng)用不斷普及，對(duì)人工砂與河砂性能的研究不斷增多。其中，曹偉宏（2000）在其研究中指出河砂與人工砂混凝土相比，人工砂的強(qiáng)度明顯高于河砂，倘若采取合適的配比更適于在建筑中的使用。1張映全（1995）在研究中指出人工砂與特細(xì)河砂共同應(yīng)用于混凝土，可以有效提升混凝土的耐久性與更強(qiáng)的力學(xué)效果。2王立華（2013）在其研究中針對(duì)人工砂與河砂混凝土性能進(jìn)行研究，指出人工砂所需的用水量高，因此人工砂早期的抗裂性較低；而由于人工砂具有較強(qiáng)的力學(xué)性能，且膨脹度低，因此在長期硬化后其性能優(yōu)于河砂，更適于大型建筑工程項(xiàng)目。3陳建新（2013）針對(duì)人工砂在混凝土建筑中的應(yīng)用效果進(jìn)行研究，深入分析人工砂對(duì)混凝土的工作性能、泵送性能及抗壓強(qiáng)度的影響及經(jīng)濟(jì)效益分析，通過研究得出：人工砂與河砂相比無論是泵送性還是工作性都俱佳。陳周與（2014）分別針對(duì)人工砂、混合砂以及河砂混凝土的抗壓度、滲透性以及抗裂性進(jìn)行對(duì)比

分析，通過對(duì)比分析得出人工砂的用水量明顯較高，需要提升減水劑的用量，如果石粉使用量得當(dāng)，則人工砂混凝土的抗壓性與抗裂性更強(qiáng)。

2.實(shí)證分析

2.1 研究目的

將人工砂與河砂混凝土的相關(guān)研究進(jìn)行匯總，發(fā)現(xiàn)人工砂與河砂相比其表面更為粗糙，石粉顆粒較小，因而其用水量顯著高于河砂，用水量大必然加大混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。然而在人工砂的實(shí)際應(yīng)用中，由于人工砂混凝土的強(qiáng)度更高，因而也可以在一定程度上降低混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。這是由于相關(guān)研究尚未統(tǒng)一，因而本次針對(duì)人工砂與河砂混凝土的抗裂性能進(jìn)行定量研究。

2.2 研究設(shè)計(jì)

針對(duì)人工砂與河砂混凝土抗裂性研究，由本公司的預(yù)拌混凝土試驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)配比為：

表1 研究樣本配比說明

在本次實(shí)驗(yàn)中除去減水劑的使用量，以及人工砂與河砂使用存在差異以外其他均一致。具體材料：

水泥使用規(guī)格：建德杉翔P.042.5水泥，28d強(qiáng)度：49.5MPa；礦粉規(guī)格：建德巖峰S95級(jí)，28d活性97%；粉煤灰：蘭溪電廠F類Ⅱ級(jí)；碎石規(guī)格：5～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石；河砂規(guī)格：中砂Ⅱ區(qū)，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量1.9%，無泥塊；人工砂規(guī)格（1）：砂巖為母巖，中砂Ⅱ區(qū)，細(xì)度模數(shù)3.0，石粉含量6.9%，無泥塊。人工砂規(guī)格（2）：砂巖為母巖，中砂Ⅱ區(qū)，細(xì)度模數(shù)3.0，石粉含量14.6%，MB：

1.3 無泥塊。外加劑為脂肪族高效減水劑。

表2 研究樣本規(guī)格說明

使用混凝土早期塑性收縮測試儀將三組樣本分別制作 800mm*600mm*100mm的測試模板，并依據(jù)我國工程學(xué)混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》對(duì)三組樣本進(jìn)行抗裂性檢測。

2.3 結(jié)果與討論

通過針對(duì)強(qiáng)度等級(jí)C30的三組樣本的混凝土的抗裂性進(jìn)行對(duì)比：其中C30人工砂1，石粉含量在10%以內(nèi)，其裂縫的平均開裂面積、單位面積開裂數(shù)量與開裂面積，均小于其他模塊，繼而說明10%以內(nèi)人工砂抗裂性能最佳。

表3 C30河砂、C30人工砂（1）、C30人工砂（2）抗裂性分析

編號(hào) 裂縫的平均開裂面積單位面積的開裂數(shù)量 開裂面積總和 最早開裂時(shí)間C30河砂 14.39 34.21 478.32 14:26/14：27 C30人工砂1 10.51 9.85 109.21 14:35/14:38 C30人工砂2 26.72 12.5 973.55 14:29/14：32

通過實(shí)驗(yàn)研究C30河砂、C30人工砂（1）、C30人工砂（2）三組樣本的最早開裂時(shí)間差異較小，并無顯著差別，而裂縫的平均開裂面積、單位面積的開裂數(shù)量、開裂面積總和存在顯著差異，其中石粉含量低的C30人工砂（1）抗裂性表現(xiàn)最佳，而石粉含量高的C30人工砂（2）其抗裂性表現(xiàn)最差。其主要原因是由于人工砂的顆粒表面粗糙且新鮮，因而與混凝土漿體的機(jī)械咬合與粘合力俱佳，所以人工砂比河砂的強(qiáng)度表現(xiàn)更好，倘若人工砂中石粉的含量過高，就會(huì)導(dǎo)致外加劑被過量的石粉吸附，導(dǎo)致混凝土的拌和用水大量增加，繼而對(duì)其抗裂性能造成極大影響，這也成為導(dǎo)致人工砂混凝土開裂顯著的關(guān)鍵因素。

針對(duì)人工砂混凝土使用的建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行隨機(jī)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)人工砂中石粉含量較高的工程，倘若不對(duì)其進(jìn)行及時(shí)養(yǎng)護(hù)，將會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)早期開裂，而降低人工砂中的石粉含量則會(huì)有效改善混凝土開裂的現(xiàn)象。

3.結(jié)語

建筑工程中混凝土用砂量暴增，導(dǎo)致砂的供給嚴(yán)重不足，同時(shí)由于部分地區(qū)過度開采，導(dǎo)致河砂資源的枯竭，且質(zhì)量不斷下滑，因而人工砂成為河砂的最佳替代品，有效填補(bǔ)河砂供給量的不足。因而本次研究針對(duì)河砂與人工砂的抗裂性能進(jìn)行研究。通過本次研究發(fā)現(xiàn)人工砂的顆粒表面粗糙且新鮮，因而與混凝土漿體的機(jī)械咬合與粘合力俱佳，所以人工砂比河砂的強(qiáng)度表現(xiàn)更好，倘若人工砂中石粉的含量過高，就會(huì)導(dǎo)致外加劑被石粉吸附，造成混凝土的拌和用水量增加，加快混凝土的坍落度損失，繼而對(duì)其抗裂性能造成極大影響，使其表現(xiàn)低于河砂的抗裂性能。因而可以采取以下措施：

1.人工砂混凝土由于其初期的水分流失速度較快，因而其變形風(fēng)險(xiǎn)更大，極易產(chǎn)生微裂縫，所以對(duì)人工砂混凝土的配比設(shè)計(jì)應(yīng)該首選抗裂性能表現(xiàn)極佳且收縮小的人工砂混凝土配比，其中石粉含量成為關(guān)鍵因素，在本次研究中石粉含量過大則會(huì)影響人工砂混凝土的抗裂性，因而將人工砂的石粉含量控制在 10%以內(nèi)，不但可以確保無顯著的收縮，且抗裂性表現(xiàn)最佳，而含量在 16%以上，其收縮值顯著增大。因而人工砂的石粉含量應(yīng)該控制在10%以內(nèi)。

2.通常外加劑與水泥混凝土體系存在適應(yīng)性問題，其中外加劑與膠凝材料、人工砂中石粉和含泥量的適應(yīng)性問題最為突出。 外加劑適應(yīng)性不太好時(shí)， 人工砂混凝土的工作性能和坍落度損失都很難控制， 因此使用人工砂時(shí)要選用適應(yīng)性好的外加劑。

[1]曹偉宏，蘇慶國，游漢柱.遠(yuǎn)距離高泵程機(jī)制砂混凝土泵送施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2000,20.

[2]張映全.在混凝土中摻石屑提高抗?jié)B抗凍性能的力法[J].建筑技術(shù)，1995.10

[3]王立華.人工砂高性能混凝土研究[J].混凝土.2013.11